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Die
Erfindung betrifft eine Flachdichtung, insbesondere Zylinderkopfdichtung
oder Auspuffflanschdichtung.
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Es
ist bekannt, bei Zylinderkopfdichtungen, die aus mehreren Lagen
bestehen, die unterschiedlichen Lagen mit geeigneten Fügeverfahren
(z. B. Clinchen, Schweißen,
Nieten) miteinander zu verbinden. Mit Hilfe so genannter Stopperelemente,
die durch zusätzlich
auf- bzw. eingebrachte Ringe, Lagen oder Prägungen gebildet sind, wird
der benötigte Höhenunterschied
am Brennraumrand zum Restflächenbereich
der Flachdichtung eingestellt.
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Durch
die
EP 0 538 628 A2 ist
eine Dichtungsanordnung für
eine Verbrennungskraftmaschine bekannt geworden, beinhaltend einen
Zylinderkopf, einen Motorblock und eine Zylinderlaufbuchse, die
in einer Bohrung des Motorblocks eingesetzt ist, sich an diesem
abstützt,
einen hohlen zylindrischen Teil, einen sich radial von dem zylindrischen
Teil nach außen
erstreckenden, ringförmigen
Dichtungskragen, eine Kolbenbohrung und eine im Wesentlichen zum
Zylinderkopf weisende Kragendichtungsfläche aufweist, ferner beinhaltend
Dichtungsmittel, die mit der Kragendichtungsfläche und einer entsprechenden
Zylinderkopfdichtungsfläche
im Eingriff stehen, um den Austritt von Verbrennungsgasen aus der
Kolbenbohrung zu verhindern. Wenigstens eine der beiden Dichtungsflächen ist
kegelstumpfförmig
ausgebildet und erstreckt sich stetig von einem radial inneren umlaufenden
Bereich zu einem radial äußeren umlaufenden
Bereich, wobei der radial innere Bereich weiter zu der anderen Dichtungsfläche beabstandet
ist als der radial äußere Bereich.
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Der
DE 198 08 362 A1 ist
eine Flachdichtung zu entnehmen, mit einer oder mehreren Dichtungslagen
und wenigstens einer Durchgangsöffnung,
die von wenigstens einer Sicke umgeben ist sowie einem Stopper,
der im Bereich des Randes der Durchgangsöffnung angeordnet ist und ein
vollständiges Abflachen
der wenigstens einen Sicke im Einbauzustand der Dichtung verhindert.
Der Stopper umfasst einen Ring, der hergestellt ist durch Abtrennen
eines Teilstücks
aus einem Ausgangsmaterial größerer Länge und
Formen des Teilstücks
zu einem Ring. Der Ring kann aus einem elastisch oder plastisch
verformbaren Material, insbesondere aus Metall, bestehen. Das Ausgangsmaterial
kann im Wesentlichen draht- oder bandförmig sein und einen im Wesentlichen
rechteckigen, trapezförmigen,
runden, ovalen, tonnen-, kissen-, spiral-, V- oder U-förmigen Querschnitt aufweisen.
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Die
DE 6807031 beschreibt einen
metallischen Schutzring mit ringförmig auslaufenden, einseitigen
oder beidseitigen spitzwinkligen Dichtkanten zum formschlüssigen Einfügen in abzudichtende Durchgänge von
Flachdichtungen. Die Dichtkanten sind in radialer Richtung so angeordnet,
dass durch ihre Belastung in axialer Richtung eine Verformung des
Dichtkantenprofils durch ein Biegemoment auftreten kann.
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In
der
DE 44 14 961 A1 wird
eine Zylinderkopfdichtung mit Mehrfachdichtsystem beschrieben, die
gekennzeichnet ist durch eine primäre Dichtung, bestehend aus
einem ringförmigen
Dichtring, der um eine Achse zentriert ist, ferner durch einen sekundären Dichtring,
der radial auswärts
vom primären
Dichtring angeordnet ist, wobei der sekundäre Dichtring am primären Dichtring
anliegt und einen radial langgestreckten Querschnitt mit zwei ringförmigen Flächen hat,
die allgemein parallel zu der Achse verlaufen und wobei diese Flächen die
radialen Enden des zweiten Dichtringes bilden.
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Durch
die
DE 195 08 031
A1 ist eine Dichtungsanordnung zur Verwendung bei hohen
Temperaturen bekannt geworden, die gekennzeichnet ist durch einen
Dichtungskörper
mit einer oberen und einer unteren Fläche und mit wenigstens einer Öffnung,
die einen inneren Umfangsrand hat; ferner durch eine Flanschanordnung
mit zwei Flanschen, deren Form allgemein dem Rand der Bohrung im Dichtungskörper entspricht
und die angrenzend an diesem Rand angeordnet sind, wobei ferner
die Flanschanordnung einen oberen Flansch mit einem radialen äußeren Rand
und einem radial inneren Rand aufweist und eine innere Oberfläche des
oberen Flansches im Eingriff mit der oberen Oberfläche des Dichtungskörpers steht,
wobei die Flanschanordnung ferner einen unteren Flansch mit einem
radial äußeren Rand
und einem radial inneren Rand hat und eine innere Oberfläche des
unteren Flansches im Eingriff mit der unteren Oberfläche des
Dichtungskörpers
steht, wobei der obere und untere Flansch am Dichtungskörper befestigt
sind.
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Schließlich offenbart
die
JP 61-232367
AA eine Zylinderkopfdichtung, beinhaltend eine Brennraumdurchgangsöffnung,
wobei im Bereich der Brennraumdurchgangsöffnung ein Profildraht eingebracht
ist, der von einem Stützkörper umgeben
ist. Der U-förmig
ausgebildete Stützkörper umschließt den im
Querschnitt rund ausgebildeten Profildraht und ist mit der Zylinderkopfdichtung
verbunden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein alternatives Abdichtungskonzept
für Flachdichtungen
bereit zu stellen, bei der spezifische Dichtungselemente zum Einsatz
gelangen, die sowohl als Dichtungselement als auch als Verpressungsbegrenzer
oder Stopperelement fungieren können.
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Ein
weiteres Ziel ist darin zu sehen, die Kraftverteilung innerhalb
eines Dichtungssystems, in der Regel hervorgerufen durch Schraubenkräfte, gezielt einstellen
zu können.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch eine Flachdichtung, insbesondere Zylinderkopfdichtung oder Auspuffflanschdichtung,
beinhaltend mindestens eine mit mindestens einer Durchgangsöffnung versehen
Lage, wobei die Durchgangsöffnung
mindestens einen als ringförmigen
Profildraht ausgebildeten, elastisch verformbaren Profilkörper aufnimmt,
der, in radialer Richtung gesehen, unterschiedliche Materialdicken
aufweist und der mit mindestens einem Stützkörper in Wirkverbindung steht,
dergestalt, dass im mittleren Bereich des Profildrahtes der größte Materialquerschnitt
vorhanden ist, während
die Endbereiche Biegebereiche bilden und in gerundeter Form vorliegen.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteransprüchen zu
entnehmen.
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Der
Stützkörper kann
als zumindest eine Distanzscheibe ausgebildet sein.
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Alternativ
besteht die Möglichkeit,
den Stützkörper als
Einfassung auszubilden, die entweder aus zwei beabstandeten Distanzscheiben
besteht oder einen, im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt beinhaltet
und den Profilkörper
umschließt.
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Der
oder die lagenseitig vorgesehenen freien Enden des jeweiligen Stützkörpers können im
Bereich ihrer lagenseitigen Enden mit der jeweiligen Lage verbunden
werden. Hier bieten sich herkömmliche
kraft-, form- oder stoffschlüssige
Verbindungstechniken wie Clinchen, Schweißen oder Nieten an.
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Einem
weiteren Gedanken der Erfindung gemäß kann bei Verwendung einer
Distanzscheibe als Stützkörper selbige
relativ zur Lage so angeordnet werden, dass Stützkörper und Lage in einer horizontalen
Ebene vorgesehen sind. In diesem Fall besteht die Möglichkeit,
die Lage und den Stützkörper auf
einem gemeinsamen Trägerkörper zu
positionieren, wobei bedarfsweise die Lage und/oder der Stützkörper, beispielsweise
durch Stumpfschweißen,
mit dem Trägerkörper verbunden
sind.
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Einem
weiteren Gedanken der Erfindung gemäß kann die Lage profilkörperseitig
mit einem abgesetzten, beispielsweise geprägten, Bereich versehen werden,
der zumindest einen Schenkel eines zum Einsatz gelangenden Stützkörpers zumindest
partiell aufnimmt, wobei die Materialdicke des Stützkörpers größer ist
als die Tiefe mindestens eines abgesetzten Bereichs.
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Alternativ
ist ebenfalls denkbar, das freie Schenkelende mindestens eines Stützkörpers von der
Materialdicke her so auszugestalten, dass es in der Ebene der Lage
verläuft.
Profilkörperseitig
kann bedarfsweise zumindest eine Halbsicke am Stützkörper angeformt werden.
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Die
alternativ vorgeschlagenen konstruktiven Maßnahmen bewirken, dass eine
optimale Kraftverteilung innerhalb des Dichtungssystems eingestellt
werden kann. Wie den konstruktiven Ausgestaltungsformen zu entnehmen
ist, wird dies in der Regel durch Höhenunterschiede zwischen der
Brennraumdichtung und der Mediendichtung erreicht. Weisen die Medien-
und die Brennraumdichtung die gleiche Höhe auf (zusätzliche Voraussetzung: die
verwendeten Dichtungen weisen die gleiche Festigkeit und Steifigkeit
auf), so kann von einer gleichen Lastverteilung ausgegangen werden.
Sind die Höhen
der Medien- und der Brennraumdichtung unterschiedlich, so wird anteilig
eine höhere
Belastung in das Dichtelement eingeleitet. Aufgrund von Fertigungstoleranzen ist
der Fall, dass beide Dichtelemente die gleiche Höhe aufweisen, statistischer
Zufall. Damit jedoch die Brennraumdichtung einen höheren Anteil,
z. B. 60%, der Schraubenkräfte übernehmen
kann, um die Dichtfunktion stets zu gewährleisten, wird in der Regel
mit einem so genannten Überstand
der Brennraumdichtung gearbeitet. Dies bedeutet, die Brennraumdichtung
muss etwas höher
ausgebildet sein als die Mediendichtung. Hierzu bieten sich die
alternativen Ausführungsformen
des Erfindungsgegenstandes an.
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Der
Erfindungsgegenstand ist in der Zeichnung dargestellt und wird im
Folgenden näher
beschrieben. Es zeigen:
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1 Profilkörper mit
Einfassung;
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2 Profilkörper mit
geschweißter
Einfassung;
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3 Profilkörper mit
Distanzscheibe;
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4 Profilkörper mit
verbundener Distanzscheibe;
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5 und 6 Profilkörper gemäß 1 bis 4 einerseits
im vormontierten Zustand und andererseits im Zustand der Totalkompression.
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1 zeigt
eine lediglich angedeutete Lage 1 einer nicht weiter dargestellten
Zylinderkopfdichtung, die mindestens eine Durchgangsöffnung 2 aufweist.
Alternativ kann die Lage 1 auch Teil einer Auspuffflanschdichtung
sein. Innerhalb der Durchgangsöffnung 2 ist
ein als Profildraht ausgebildeter Profilkörper 3 positioniert,
der eine etwa bananenförmige geometrische
Form aufweist. Im mittleren Bereich des Profilkörpers 3 ist der größte Materialquerschnitt vorhanden
(Kernbereich), während
die Endbereiche 4, 5 so genannte Biegebereiche
bilden und in gerundeter Form vorliegen. Der Profilkörper 3 ist
von einer, im Querschnitt etwa U-förmigen Einfassung 6 (Stützkörper) umgeben.
Die hier als metallische Lage ausgebildete Lage 1 ist im
Bereich der Durchgangsöffnung 2 mit
durch Prägen
erzeugten abgesetzten Bereichen 7, 8 versehen,
wobei die freien Schenkelenden 9, 10 der Einfassung 6 in
diesen abgesetzten Bereichen 7, 8 enden.
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Lediglich
angedeutet ist, dass die Lage 1 mit einer Sicke, insbesondere
einer Halbsicke 11, versehen ist. Wie bereits angeführt, soll
mit dem Erfindungsgegenstand eine definierte Kraftverteilung beim
Verspannen von Schrauben erzeugt werden. Zu diesem Zweck ist die
Materialdicke der Einfassung 6 der Schenkelenden 9, 10 größer als
die Tiefe der abgesetzten Bereiche 7, 8, so dass
ein gewisser Überstand
zur Oberfläche 1' der Lage 1 gegeben
ist. Durch die Dicke der freien Schenkelenden 9, 10 der Einfassung 6 in Verbindung
mit den abgesetzten Bereichen 7, 8 der Lage 1 wird
der Höhenunterschied zwischen
Brennraum- und Mediendichtung eingestellt. Bei Bedarf könnten die
freien Schenkelenden 9, 10 der Einfassung 6 mit
der Lage 1 durch ein geeignetes Fügeverfahren verbunden werden.
Letzteres ist jedoch für
die Funktion nicht erforderlich.
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2 zeigt
den Profilkörper 3 gemäß 1. Abweichend
zu 1 ist hier keine geschlossene Einfassung gegeben,
vielmehr sind zwei Distanzscheiben 12, 13 (Stützkörper) vorhanden,
zwischen denen der Profilkörper 3 positioniert
ist. Eine jede Distanzscheibe 12, 13 ist mit einem
gesickten Bereich 14, 15 versehen, wobei das jeweilige
freie Ende 16, 17 einer jeden Distanzscheibe 12, 13 mit
dem abgesetzten Bereich 7, 8 der Lage 1,
beispielsweise durch eine Schweißnaht 18, verbunden
ist.
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Des
Weiteren bietet die Art der Verbindung gemäß den 1 und 2 die
Möglichkeit,
dass der Profilkörper 3 nicht
zwangsläufig
zu einem Ring gefügt
werden muss. Das heißt,
in diesem Fall könnte
eventuell ein Ring verwendet werden, bei dem, ähnlich wie bei einem Kolbenring,
die beiden Enden stumpf aneinander stoßen, ohne fest miteinander verbunden
zu sein.
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3 zeigt
die Lage 1 samt Durchgangsöffnung 2 und darin
eingebrachtem Profilkörper 3.
Hier ist lediglich eine einzelne untere Distanzscheibe 13 vorgesehen,
wobei die Materialdicke der Distanzscheibe 13 und die Tiefe
des Absatzes 8 identisch ist, so dass die Lage 1 und
die Distanzscheibe 13 in ein- und derselben horizontalen
Ebene angeordnet sind. Darüber
hinaus liegen sowohl Teile der Lage 1 als auch die Distanzscheibe 13 auf
einem gemeinsamen Stützkörper 19 auf
(Protektionslage). Die Protektionslage 19 ist in diesem
Beispiel durch ein geeignetes Fügeverfahren
(Punktschweißen 20)
mit der Lage 1 verbunden. In gleicher Weise ist auch die
Distanzscheibe 13 über
eine Punktschweißung 21 mit
der Protektionslage 19 verbunden.
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4 ist ähnlich wie 3 zu
sehen, mit der Ausnahme, dass keine Protektionslage gegeben ist und
lediglich die Distanzscheibe 13 in der horizontalen Ebene
der Lage 1 vorgesehen ist.
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Der
als Profilkörper 3 ausgebildete
Profildraht kann entweder mit der Lage 1 teilweise oder ganz
verbunden sein oder aber radial beweglich innerhalb der Durchgangsöffnung 2 vorgesehen
werden. Die Lage 1 selber kann – muss jedoch nicht – aus Metall
gebildet sein. Bei den in den 1 bis 4 dargestellten
Ausführungsformen
ergibt sich der Vorteil, dass der Profilkörper 3 nicht in unmittelbarem
Kontakt zum Motorblock bzw. Zylinderkopf oder anderen Flanschflächen steht,
wodurch so genannte Eingrabungen des Profilkörpers 3 in die Oberfläche des
jeweiligen Flansches, respektive Motorblocks oder Zylinderkopfes,
vermieden werden.
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Die 5 und 6 zeigen
den in den 1 bis 4 dargestellten
Profilkörper 3 als
Detail, zum einen im vormontierten Zustand (5) und zum
anderen im Zustand der Totalkompression (6).
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Zwischen
den federnden, Biegebereiche bildenden, Enden 4, 5 wird
ein so genannter Kernbereich 3' gebildet. In 5 sind
ein Zylinderkopf 22 und ein Motorblock 23 lediglich
angedeutet. Bei aufgebrachter Kraft F, beispielsweise durch Anziehen von
Schrauben, wird der jeweilige Endbereich (Biegebereich) 4, 5 in
radialer Richtung verformt, während
bei Totalkompression (6) der Kernbereich 3' zwischen den
Dichtflächen 22', 23' eingespannt und
somit ein Stopperbereich gebildet wird. Demzufolge wird eine Art
Dreipunktauflage 4, 5, 3' gebildet, wobei die Endbereiche
(Biegebereiche) 4, 5 elastisch verformbar bleiben
und somit auch dynamischen Dichtschwingungen zu folgen vermögen.
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Nicht
dargestellt, vom Schutzumfang jedoch umfasst, ist die Möglichkeit,
den jeweiligen Stützkörper 6, 12, 13,
in Umfangsrichtung gesehen, unterschiedlich dick bzw. steif auszubilden.
Durch diese Maßnahme
können
gezielte Topographien eingestellt werden. So kann z. B. eine geringere
Dicke des Stützkörpers 6, 12, 13 im
Bereich der Schrauben zu einer Lastvergleichmäßigung, über den Umfang der Durchgangsöffnung 2 gesehen,
führen.